钢材基础知识
1
、 碳素钢的定义及钢中五元素
含碳2%以下的铁碳合金称为钢.
碳素钢中的五元素是指化学成份中的主要组成物,即C
、Si
、Mn
、S
、P(碳
、硅、锰
、硫
、磷).其次是在炼钢过程中不可避免地 会混入气体,含O
、H
、N(氧
、氢
、氮).此外,用铝m硅脱氧镇静工艺中,必然在钢水中含有 Al,当Als(酸溶铝)g0.020%时, 还有细化晶粒的作用.
2
、 钢铁是怎样炼成的? 炼钢的主要任务是按所炼钢种的质量要求,调整钢中碳和合金元素含量到规定范围之内,并使P
、S
、H
、O
、N等杂质的含量降至允 许限量之下.
炼钢过程实质上是一个氧化过程,炉料中过剩的碳被氧化,燃烧成CO气体逸出,其它Si
、P
、Mn 等氧化后进入炉渣中.S部份进入 炼渣中,部份则生成SO2排出.当钢水成份和温度达到工艺要求后,即可出钢.为了除去钢中过剩的氧及调整化学成份,可以添加脱氧剂和铁合金或合金元素.
3
、 转炉炼钢简介
从鱼雷车运来的铁水经过脱硫
、挡渣等处理后即可倒入转炉中作为主要炉料,另加10% 以下的废钢.然后,向转炉内吹氧燃烧,铁 水中的过量碳被氧化并放出大量热量,当探头测得达到预定的低碳含量时,即停止吹氧 并出钢.一般在钢包中需进行脱氧及调整成份操作;然后在钢液表面抛上碳化稻壳防止钢水被氧化,即可送往连铸或模铸工区.
对要求高的钢种可增加底吹氩
、RH真空处理
、喷粉处理(喷SImCA粉及变性石灰)可以有效降低钢中的气体与夹杂,并有进一步降 碳及降硫的作用.在这些炉外精炼措施后还可以最终微调成份,满足优质钢材的需求.
4
、 初轧
模铸钢锭采取热装、热送新工艺,进入均热炉加热,然后通过初轧机及钢坯连轧机轧成板坯
、管坯
、小方坯等初轧产品,经过切头
、 切尾
、表面清理,(火焰清理
、打磨)高品质产品则还需对初轧坯进行扒皮和探伤,检验合格后入库.
目前初轧厂的产品有初轧板坯
、轧制方坯
、氧气瓶用钢坯
、齿轮用圆管坯
、铁路车辆用车轴坯及塑模用钢等.
初轧板坯主要供应热轧厂作为原料;轧制方坯除部份外供,主要送往高速线材轧机作原料.
由于连铸板坯的先进性,初轧板坯的需求量大为削减,因此转向上述其它产品了.
5
、 热连轧
用连铸板坯或初轧板坯作原料,经步进式加热炉加热,高压水除鳞后进入粗轧机,粗轧料经切头
、尾
、再进入精轧机,实施计算机 控制轧制,终轧后即经过层流冷却(计算机控制冷却速率)和卷取机卷取
、成为直发卷.直发卷的头
、尾往往呈舌状及鱼尾状,厚度
、 宽度精度较差,边部常存在浪形
、折边
、塔形等缺陷.其卷重较重
、钢卷内径为760mm.(一般制管行业喜欢使用.)
将直发卷经切头
、 切尾
、切边及多道次的矫直
、平整等精整线处理后,再切板或重卷,即成为:热轧钢板
、平整热轧钢卷
、纵切带等产品.
热轧精整卷若经酸洗去除氧化皮并涂油后即成热轧酸洗板卷.该产品有局部替代冷轧板的趋向,价格适中,深受广大用户喜爱. 宝钢新投资的一条热轧酸洗线正在紧张建设中.
6
、 冷连轧
用热轧钢卷为原料,经酸洗去除氧化皮后进行冷连轧,其成品为轧硬卷,由于连续冷变形引起的冷作硬化使轧硬卷的强度
、硬度上升
、韧塑指标下降,因此冲压性能将恶化,只能用于简单变形的零件. 轧硬卷可作为热镀锌厂的原料,因为热镀锌机组均设置有退 火线.轧硬卷重一般在6~13.5吨,钢卷内径为610mm.
一般冷连轧板
、卷均应经过连续退火(CAPL机组)或罩式炉退火消除冷作硬化及轧制应力,达到相应标准规定的力学性能指标.
冷轧钢板的表面质量
、外观
、尺寸精度均优于热轧板,且其产品厚度右轧薄至0.18mm左右,因此深受广大用户青睐.
以冷轧钢卷为基板进行产品的深加工,成为高附加值产品.如电镀锌
、热镀锌
、耐指纹电镀锌
、彩涂钢板卷及减振复合钢板
、PVC 复膜钢板等,使这些产品具有美观
、高抗腐蚀等优良品质,得到了广泛应用.
冷轧钢卷经退火后必须进行精整,包括切头
、尾
、切边
、矫平
、平整
、重卷
、或纵剪切板等.冷轧产品广泛应用于汽车制造
、家电 产品
、仪表开关
、建筑
、办公家具等行业.钢板捆包后的每包重量为3~5吨.平整分卷重一般为3~10吨/卷.钢卷内径610mm.
7
、 钢的力学性能
7.1拉力试验
按标准制备的拉力试样,安装在拉力试验机的夹头内,对试样缓慢施加单轴向拉伸应力,直至试样被拉断为止的试验称作拉力试验.
7.1.1强度
金属材料在外力作用下,抵抗变形和断裂的能力叫强度.强度指标包括:比例极限
、弹性极限
、屈服强度
、抗拉强度等.
7.1.2比例极限
对金属施加拉力,金属存在着力与变形成直线比例的阶段,而这个阶段的最大极限负荷Pp除以试样的原横截面积即为比例极限,用sP表示.
7.1.3弹性极限
金属受外力作用发生了变形,外力去掉后,能完全恢复原来的形状,这种变形称为弹性变形.金属能保持弹性变形的最大应力称为 弹性极限,用se表示.
7.1.4抗拉强度
试样拉伸时,在拉断前所承受的最大负荷除以原横截面积所得的应力,称作抗拉强度,用sb表示.当材料所受的外应力大于其抗拉 强度时,将会发生断裂.因此sb越高,则表示它能承受愈大的外应力而不致于断裂.
国外标准的结构钢常按抗拉强度来分类,如SS400,其中400即表示sb的最小值为400MPa超高强度钢是指sbg1373 Mpa的钢.
7.1.5屈强比
屈强比即屈服强度与抗拉强度之比值(sS/sb).屈服比值越高,则该材料的强度愈高,屈强比值愈低则塑性愈佳,冲压成形性愈好.如深冲钢板的屈强比值为l0.65. <BR>弹簧钢一般均在弹性极限范围内服役,受载荷时不允许产生塑性变形,因此要求弹簧钢经淬火
、回火后具有尽可能高的弹性极限和 屈强比值(sS/sbg0.90)此外疲劳寿命与抗拉强度及表面质量往往有很大关连.
7.1.6塑性
金属材料在受力破坏前可以经受永久变形的性能称为塑性.塑性指标通常伸长率和断面收缩率表示.伸长率与断面收缩率越高,则 塑性越好.
8
、冲击韧性
用一定尺寸和形状的金属试样,在规定类型的冲击试验上受冲击负荷折断时,试样刻槽处单位横截面上所消耗的冲击功,称为冲击 韧性以ak表示.
目前常用的10t10t55mm,带2 mm深的V形缺口夏氏冲击试样,标准上直接采用冲击功(J焦耳值)AK,而不是采用aK值.因为单位 面积上的冲击功并无实际意义hh
对特殊钢尚无统一的定义和概念,一般认为特殊钢是指具有特殊的化学成分(合金化)
、采用特殊的工艺生产
、具备特殊的组织和性能
、能够满足特殊需要的钢类.与普通钢相比,特殊钢具有更高的强度和韧性
、物理性能
、化学性能
、生物相容性和工艺性能.
我国与日本
、欧盟对特殊钢的定义比较接近,将特殊钢分成优质碳素钢
、合金钢
、高合金钢(合金元素大于10%)三大类,其中合金钢和高合金钢占特殊钢产量的70%.主要钢种优特殊碳素结构钢
、碳素工具钢
、碳素弹簧钢
、合金弹簧钢
、合金结构钢
、滚珠轴承钢
、合金工具钢
、高合金工具钢
、高速工具钢
、不锈钢
、耐热钢,以及高温合金
、精密合金
、电热合金等.目前世界上有近2000个特殊钢牌号
、约50000个品种规格.特殊钢除了种类繁多之外,在规格上也表现出与普通钢不同的特点.除了板
、管
、丝
、带
、棒和异型材之外,还有复合材
、表面合金化材
、表面处理材
、精锻材
、精密铸件
、粉末冶金制品等.
一
、我国钢号表示方法概述
钢的牌号简称钢号,是对每一种具体钢产品所取的名称,是人们了解钢的一种共同语言.我国的钢号表示方法,根据国家标准
《钢铁产品牌号表示方法》(GB221-79)中规定,采用汉语拼音字母
、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示.即:
①钢号中化学元素采用国际化学符号表示,例如Si,Mn,Crhh等.混合稀土元素用"RE"(或"Xt")表示.
②产品名称
、用途
、冶炼和浇注方法等,一般采用汉语拼音的缩写字母表示.
③钢中主要化学元素含量(%)采用阿拉伯数字表示.
二
、我国钢号表示方法的分类说明
1.碳素结构钢
①由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成.它的钢号冠以"Q",代表钢材的屈服点,后面的数字表示屈服点数值,单位是MPa例如Q235表示屈服点(ss)为235 MPa的碳素结构钢.
②必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号.质量等级符号分别为A
、B
、C
、D.脱氧方法符号:F表示沸腾钢;b表示半镇静钢:Z表示镇静钢;TZ表示特殊镇静钢,镇静钢可不标符号,即Z和TZ都可不标.例如Q235-AF表示A级沸腾钢.
③专门用途的碳素钢,例如桥梁钢
、船用钢等,基本上采用碳素结构钢的表示方法,但在钢号最后附加表示用途的字母.
2.优质碳素结构钢
①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量,以平均碳含量的万分之几表示,例如平均碳含量为0.45%的钢,钢号为"45",它不是顺序号,所以不能读成45号钢.
②锰含量较高的优质碳素结构钢,应将锰元素标出,例如50Mn.
③沸腾钢
、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出,例如平均碳含量为0.1%的半镇静钢,其钢号为10b.
3.碳素工具钢
①钢号冠以"T",以免与其他钢类相混.
②钢号中的数字表示碳含量,以平均碳含量的千分之几表示.例如"T8"表示平均碳含量为0.8%.
③锰含量较高者,在钢号最后标出"Mn",例如"T8Mn".
④高级优质碳素工具钢的磷、硫含量,比一般优质碳素工具钢低,在钢号最后加注字母"A",以示区别,海安船用阀门厂 首台近百万千瓦给水泵机试制成功及墨,例如"T8MnA".
4.易切削钢
①钢号冠以"Y",以区别于优质碳素结构钢.
②字母"Y"后的数字表示碳含量,以平均碳含量的万分之几表示,例如平均碳含量为0.3%的易切削钢,其钢号为"Y30".
③锰含量较高者,亦在钢号后标出"Mn",例如"Y40Mn".
5.合金结构钢
①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量,以平均碳含量的万分之几表示,如40Cr.
②钢中主要合金元素,除个别微合金元素外,一般以百分之几表示.当平均合金含量<1.5%时,钢号中一般只标出元素符号,而不标明含量,但在特殊情况下易致混淆者,在元素符号后亦可标以数字"1",例如钢号"12CrMoV"和"12Cr1MoV",前者铬含量为0.4-0.6%,后者为0.9-1.2%,其余成分全部相同.当合金元素平均含量g1.5%
、g2.5%
、g3.5%hh时,在元素符号后面应标明含量,可相应表示为2
、3
、4hh等.例如18Cr2Ni4WA.
③钢中的钒V
、钛Ti
、铝AL
、硼B
、稀土RE等合金元素,均属微合金元素,虽然含量很低,仍应在钢号中标出.例如20MnVB钢中.钒为0.07-0.12%,硼为0.001-0.005%.
④高级优质钢应在钢号最后加"A",以区别于一般优质钢.
⑤专门用途的合金结构钢,钢号冠以(或后缀)代表该钢种用途的符号.例如铆螺专用的30CrMnSi钢,钢号表示为ML30CrMnSi.
6.低合金高强度钢
①钢号的表示方法,基本上和合金结构钢相同.
②对专业用低合金高强度钢,应在钢号最后标明.例如16Mn钢,用于桥梁的专用钢种为"16Mnq",汽车大梁的专用钢种为"16MnL",压力容器的专用钢种为"16MnR".
7.弹簧钢
弹簧钢按化学成分可分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢两类,其钢号表示方法,前者基本上与优质碳素结构钢相同,后者基本上与合金结钢相同.
8.滚动轴承钢
①钢号冠以字母"G",表示滚动轴承钢类.
②高碳铬轴承钢钢号的碳含量不标出,铬含量以千分之几表示例如GCr15.渗碳轴承钢的钢号表示方法,基本上和合金结构钢相同.
9.合金工具钢和高速工具钢
①合金工具钢钢号的平均碳含量g1.0%时,不标出碳含量;当平均碳含量<1.0%时,以千分之几表示.例如Cr12
、CrWMn
、9SiCr
、3Cr2W8V.
②钢中合金元素含量的表示方法,基本上与合金结构钢相同.但对铬含量较低的合金工具钢钢号,其铬含量以千分之几表示,并在表示含量的数字前加"0",以便把它和一般元素含量按百分之几表示的方法区别开来.例如Cr06.
③高速工具钢的钢号一般不标出碳含量,只标出各种合金元素平均含量的百分之几.例如钨系高速钢的钢号表示为"W18Cr4V".钢号冠以字母"C"者,表示其碳含量高于未冠"C"的通用钢号.
10.不锈钢和耐热钢
①钢号中碳含量以千分之几表示.例如"2Cr13"钢的平均碳含量为0.2%;若钢中含碳量l0.03%或l0.08%者,钢号前分别冠以"00"及"0"表示之,例如00Cr17Ni14Mo2
、0Cr18 Ni9等.
②对钢中主要合金元素以百分之几表示,而钛、铌
、锆
、氮hh等则按上述合金结构钢对微合金元素的表示方法标出.
11.焊条钢
它的钢号前冠以字母"H",以区别于其他钢类.例如不锈钢焊丝为"H2Cr13",可以区别于不锈钢"2Cr13".
12.电工用硅钢
①钢号由字母和数字组成.钢号头部字母DR表示电工用热轧硅钢,DW表示电工用冷轧无取向硅钢,DQ表示电工用冷轧取向硅钢.
②字母之后的数字表示铁损值(W/kg)的100倍.
③钢号尾部加字母"G"者,表示在高频率下检验的;未加"G"者,表示在频率为50周波下检验的.
例如钢号DW470表示电工用冷轧无取向硅钢产品在50赫频率时的最大单位重量铁损值为4.7W/kg.
13.电工用纯铁
①它的牌号由字母"DT"和数字组成,"DT"表示电工用纯铁,数字表示不同牌号的顺序号,例如DT3.
②在数字后面所加的字母表示电磁性能:Amm高级
、Emm特级
、Cmm超级,例如DT8A.
作为钢铁生产原料中铁矿石的惟一替代品mm废钢正逐渐成为钢企们眼中的宝贝.
中国钢铁工业协会副秘书长戚向东告诉记者,由于废钢市场的不断成熟,"2006年下半年我国的钢铁市场不会因为原材料的波动而大起大落".
记者在国内多家钢铁网站中供求快递板块看到,全国各地大量求购废钢的钢厂主题帖几乎占到所有供求帖的90%以上.
记者随即致电福建某特种钢业有限公司经理肖先生.该人士表示,"由于国际原材料铁矿石价格不断走高,其替代品废钢在国内钢厂之间的销售市场甚至达到供应紧张的程度,并且价格亦是一路看涨."
同时,记者从国内第一钢铁制造商宝钢集团相关部门了解到,"优化废钢计划的执行和管理,已经使宝钢分公司废钢成本在2006年上半年下降了6000多万元,超额完成上半年目标."
据宝钢集团相关人士介绍,宝钢已经对废钢产品进行优化部署,在生产中,加大优质废钢的采购和使用力度.除继续推进热压铁球的使用,还开发了低价矽钢片废钢替代高价破碎料,满足电炉使用."全国的废钢市场已经进入了调整期".该人士表示.
而北京首钢总公司原料采购中心一位相关人士告诉记者,首钢集团已经计划逐渐减少进口国际铁矿石比例,同时增加废钢利用的比重."此举将对缓解冶金企业的原料紧张
、遏制铁矿石涨价产生积极影响."该人士表示,"钢铁行业使用循环经济已经形成趋势."
国内废钢铁市场供小于求的格局,废钢价格总体上扬已成定势.据相关统计,国内通过各渠道产生的废钢达6200万吨,废钢价格今年上半年平均上涨了100元/吨,增长5.4%hh
今年上半年石油化工
、电力
、冶金
、城市基础设施等领域需求仍然保持快速增长态势,也带动了通用机械行业高速发展.
根据国家统计局对全国通用机械行业3449家规模以上企业统计,截至6月底,全行业拥有资产总额1460亿元,同比增长18.4%;完成工业总产值743.34亿元,同比增长28.81%,其中,新产品产值102.8亿元,同比增长25.5%;完成工业销售产值718.69亿元,同比增长29.19%,其中,完成出口交货值123.1亿元,同比增长41.2%;完成工业增加值219.6亿元,同比增长35.75%;实现产品销售收入704.6亿元,同比增长28.71%;实现利润总额42亿元,同比增长27.81%.
产品出口继续高速增长
从上半年的统计数据看,全行业出口交货值比去年同期增长40%以上,产品出口率为17.13%,比去年同期提高1.46个百分点.行业骨干企业今年出口产品已出现大型化,如杭氧今年出口的空分设备已达到4万等级.
据海关统计,今年1~6月累计进出口总额61.57亿美元,同比增长41.46%,进口总额32.97亿美元,同比增长31.64%;累计出口28.60亿美元,同比增长54.75%,贸易逆差4.37亿美元,比去年同期缩减2.16亿美元.
从进口设备看,主要是高技术含量
、高附加值的产品,并且多配套国家重点工程项目.这些项目所需设备的技术含量较高,一部分设备是国内企业无法生产的.一部分设备国内已研制开发成功,也具备了自行生产能力,但只是因为没有业绩而拿不到项目.如60万kW超临界火电项目配套的锅炉给水泵,国内企业拿到的任务,都是做机壳,转子要求进口;100万kW超超临界火电机
、锅炉给水泵也全部进口.在这些项目中,沈泵
、上海电力修造厂
、上海凯士比都具有生产能力,但都因没有业绩而被拒之门外.
大装备国产化能力不断提高
近年来,行业企业加快技术创新和产品研发的步伐,积极调整产品结构,拓展新的发展空间,不断提高企业核心竞争力.截至今年6月底,通用机械行业完成新产品产值102.8亿元,同比增长25.5%,新产品率达13.83%.
今年上半年的订货还出现这样一些特点:市场需求向大型重点企业集中,装置大型化和新型化趋势明显,其中重大设备订货占首位.如杭氧上半年新产品订货合同10.59亿元,比去年同期增长8.6%.川空上半年新订合同金额7.32亿元,同比增长21.63%.
沈鼓中标64万吨/年乙烯装置中的裂解气
、汽油加氢
、260万吨/年柴油加氢项目以及24套60万kW火电机组和大型除尘项目等重大装备国产化项目.前不久,为中石化湖北化肥公司4800m3/h空分装置配套的H520空压机中
、低压缸连动,试车获得全面成功.
陕鼓最近签订了山东德州华鲁恒升48000m3/h空分机组配套氮压机合同.截至6月底,陕鼓完成大型压缩机组70台套,中小风机70台套,自行设计
、制造的TRT机组近日在济南钢铁公司投入运行.该机组发电量每小时达到6000多kW,每年为济钢收益达2000万元以上,高炉利用系数提高10%.
杭氧5000m3/h纯氮设备研制成功,马钢2万m3/h(氧)内压缩空分设备通过性能考核;KDO-80Y/65型方舱式制氧设备通过专家技术鉴定;锡压1~6月累计完成新产品产值9908万元,新产品率达89.6%.
大连大耐泵业有限公司先后与德国博格曼公司
、海密梯克公司
、里瓦公司
、瑞士苏尔寿公司合资引进了国外先进的泵制造技术,还吸引了外资,提高了产品市场占有率.
长沙市阀门厂最近成功制造出的DN4800mm全国最大直径的液控金属硬密封蝶阀,为特大口径阀门国产化做出了贡献.
兰州真空研制开发的高真空卷绕式彩虹镀膜设备和K-800A高真空油扩散泵,日前通过了省级技术鉴定,Q41F/PPL法兰浮动球阀,整机性能均达到国内领先水平和国外同类产品水平;重庆江北机械研制的大型淀粉加工机械GKH1600-N虹吸刮刀卸料离心机和LZM1000-N针形冲击磨在陕西通过技术鉴定.
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